23- ESP32 红外遥控 (RMT)

ESP32 IDF库中的RMT驱动

RMT（Remote Control Module）驱动是ESP-IDF库中的一个重要组成部分，它主要用于处理远程控制编码和解码。

红外遥控器介绍

一、红外遥控技术介绍

红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点。它被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机和手机系统中。

红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编码/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。

二、红外器件特性

红外遥控器主要由红外发射器和红外接收器两部分组成。

红外发射器：红外发射器通常是一个红外LED，它可以发射红外光。当电流通过LED时，它会发射出红外光。红外LED的发射波长通常在940nm左右，这是人眼无法看到的红外光。
红外接收器：红外接收器是一个光电二极管，它可以将接收到的红外光转换为电信号。红外接收器通常有一个滤波器，可以过滤掉大部分的环境光，只接收特定频率的红外光。

红外发射管也是属于二极管类，红外发射电路通常使用三极管控制红外发射器的导通或者截至，在导通的时候，红外发射管会发射出红外光，反之，就不会发射出红外光。虽然我们用肉眼看不到红外光，但是我们借助手机摄像头就能看到红外光。但是红外接收管的特性是当接收到红外载波信号时，OUT 引脚输出低电平；假如没有接收到红外载波信号时，OUT 引脚输出高电平。

红外载波信号其实就是由一个个红外载波周期组成。在频率为 $(38 KHz)$ 下，红外载波周期约等于 $26.3 u s （ 1 s /38 KHz \approx 26.3 u s ）$ 。在一个红外载波发射周期里，发射红外光时间 $8.77 u s$ 和不发射红外光 $17.53 u s$ ，发射红外光的占空比一般为 $1/3$ 。相对的，整个周期内不发射红外光，就是载波不发射周期。在红外遥控器内已经把载波和不载波信号处理好，我们需要做的就是识别遥控器按键发射出的信号，信号也是遵循某种协议的。

这里推荐一个视频可以快速了解红外控制器件:

📻一帧红外遥控信号，竟如此复杂，超乎你的想象！红外遥控的工作原理！

三、红外编解码协议介绍

红外遥控器通常使用特定的编解码协议来发送和接收数据。目前广泛使用的是：PWM（脉冲宽度调制）的NEC 协议和Philips PPM（脉冲位置调制）的 RC-5 协议的。这里以NEC为主讲解ESP32 红外遥控 (RMT)

NEC 协议，其特征如下:

8 位地址和 8 位指令长度
地址和命令 2 次传输（确保可靠性）
PWM 脉冲位置调制，以发射红外载波的占比代表“0”和“1”
载波频率为 38Khz
位时间为 1.125ms 或 2.25ms

在 NEC 协议中，如何为协议中的数据‘0’或者‘1’这里分开红外接收器和红外发射器
红外发射器：

发送协议数据‘0’ = 发射载波信号560us + 不发射载波信号 560us
发送协议数据‘1’ = 发射载波信号 560us + 不发射载波信号 1680us

红外发射器的位定义如下图所示。
在这里插入图片描述
🚨需要注意的是红外编码发送的时候，并不单单是通过高低电平发送的，是在38khz的载波下进行发送的

红外接收器：

接收到协议数据‘0’ = 560us 低电平 + 560us 高电平
接收到协议数据‘1’ = 560us 低电平 + 1680us 高电平

红外接收器的位定义如下图所示
在这里插入图片描述
NEC协议的数据格式包括以下几个部分：

同步码：这是一个9ms的低电平+4.5ms的高电平，用于同步。
地址码和地址反码：这是一个8位数据格式，低位在前，高位在后。
控制码和控制反码：这部分用于表示具体的控制命令。

如果你长时间按住遥控按钮，使用NEC协议的红外遥控器将会发射一个以110ms为周期的重复码。每一次用户按下遥控器按钮，遥控器在发送一次指令码后，就不会再发送指令码了，而是发送一段重复码。

RMT驱动

简介

ESP32-S3的RMT 是一个红外发送和接收控制器，可通过软件加解密多种红外协议。RMT 模块可以实现模块内置 RAM 中的脉冲编码转换为信号输出，或将模块的输入信号转换为脉冲编码存入 RAM 中。此外，RMT 模块可以选择是否对输出信号进行载波调制，也可以选择是否对输入信号进行滤波和去噪处理。

RMT 共有八个通道，编码为 0 ~ 7，各通道可独立用于发送或接收信号：

0 ~ 3 通道专门用于发送信号；
4 ~ 7 通道专门用于接收信号。

每个发送通道和接收通道分别有一组功能相同的寄存器。另外，发送通道 3 和接收通道 7 对应的 RAM 支持 DMA访问，因此还有 DMA 相关的控制和状态寄存器。

RMT 符号的内存布局

RMT 硬件定义了自己的数据模式，称为 RMT 符号。对于一个 RMT 符号的位字段：每个符号由两对两个值组成，每对中的第一个值是一个 15 位的值，表示信号持续时间，以 RMT 滴答计。每对中的第二个值是一个 1 位的值，表示信号的逻辑电平，即高电平或低电平。

请添加图片描述

RMT RX驱动的接收解码

1️⃣安装 RMT 接收通道

该函数用于安装 RMT 接收通道，其函数原型如下所示：

esp_err_t rmt_new_rx_channel(const rmt_rx_channel_config_t *config,  rmt_channel_handle_t *ret_chan);

该函数的形参描述，如下表所示：

形参	描述
config	指向配置 RMT 接收通道的指针
ret_chan	返回的通用 RMT 通道句柄

该函数的使用示例，如下所示：

#include "driver/gpio.h" void example_fun(void) 
{ // 初始化 RMT 接收通道句柄为 NULLrmt_channel_handle_t rx_chan = NULL; // 配置 RMT 接收通道参数rmt_rx_channel_config_t rx_chan_config = { .clk_src = RMT_CLK_SRC_DEFAULT,            // 使用默认时钟源.gpio_num = 0,                             // 使用 GPIO0.mem_block_symbols = 64,                   // 内存块大小为 64.resolution_hz = 1 * 1000 * 1000,          // 分辨率为 1MHz.trans_queue_depth = 4,                    // 传输队列深度为 4.flags.invert_out = false,                 // 不反转输出信号.flags.with_dma = false,                   // 不使用 DMA}; // 安装 RMT 接收通道，并检查错误ESP_ERROR_CHECK(rmt_new_rx_channel(&rx_chan_config, &rx_chan)); 
}

2️⃣配置 RMT 接收通道的回调函数

该函数用于配置 RMT 接收通道的回调函数，其函数原型如下所示：

esp_err_t rmt_rx_register_event_callbacks(rmt_channel_handle_t rx_channel, const rmt_rx_event_callbacks_t *cbs, void *user_data);

该函数的形参描述，如下表所示：

形参	描述
rx_channel	创建的 RMT 通道句柄
cbs	RMT 接收事件回调函数结构体指针
user_data	用户数据，将直接传递给回调函数

该函数的使用示例，如下所示：

#include "driver/gpio.h" void example_fun(void) 
{ QueueHandle_t receive_queue; rmt_channel_handle_t rx_chan = NULL; rmt_rx_channel_config_t rx_chan_config = { .clk_src = RMT_CLK_SRC_DEFAULT,    // 使用默认时钟源.gpio_num = 0,                     // 使用 GPIO0.mem_block_symbols = 64,           // 内存块大小为 64.resolution_hz = 1 * 1000 * 1000,  // 分辨率为 1MHz.trans_queue_depth = 4,            // 传输队列深度为 4.flags.invert_out = false,         // 不反转输出信号.flags.with_dma = false,           // 不使用 DMA}; ESP_ERROR_CHECK(rmt_new_rx_channel(&rx_chan_config, &rx_chan)); // 创建用于存储接收完成事件数据的队列receive_queue = xQueueCreate(1, sizeof(rmt_rx_done_event_data_t)); assert(receive_queue); 	//检查队列是否创建成功rmt_rx_event_callbacks_t cbs = { .on_recv_done = RMT_Rx_Done_Callback,  // 设置接收完成回调函数}; ESP_ERROR_CHECK(rmt_rx_register_event_callbacks(rx_chan, &cbs,  receive_queue)); 
}

3️⃣创建一个基于 NEC 协议的 RMT 编码器

该函数用于创建一个基于 NEC 协议的 RMT 编码器，其函数原型如下所示：

esp_err_t rmt_new_ir_nec_encoder(const ir_nec_encoder_config_t *config, rmt_encoder_handle_t *ret_encoder);

该函数的形参描述，如下表所示：

形参	描述
config	指向 RMT 编码器配置的指针
ret_encoder	返回的 RMT 编码器句柄

该函数的使用示例，如下所示：

#include "driver/gpio.h" void example_fun(void) 
{ // 配置 NEC 编码器参数ir_nec_encoder_config_t nec_encoder_cfg = { .resolution = 1000000,  // 分辨率为 1MHz};// 初始化 NEC 编码器句柄rmt_encoder_handle_t nec_encoder = NULL; // 创建基于 NEC 协议的 RMT 编码器，并检查错误ESP_ERROR_CHECK(rmt_new_ir_nec_encoder(&nec_encoder_cfg, &nec_encoder)); 
}

4️⃣使能 RMT 接收通道

该函数用于使能 RMT 接收通道，其函数原型如下所示：

esp_err_t rmt_enable(rmt_channel_handle_t channel);

该函数的形参描述，如下表所示：

形参	描述
channel	创建的 RMT 通道句柄

该函数的使用示例，如下所示：

#include "driver/gpio.h" void example_fun(void) 
{ // 初始化 RMT 接收通道句柄为 NULLrmt_channel_handle_t rx_channel = NULL; //省略中间过程.....// 使能 RMT 接收通道，并检查错误rmt_enable(rx_channel); 
}

5️⃣启动 RMT 接收通道的接收任务

该函数用于启动 RMT 接收通道的接收任务，其函数原型如下所示：

esp_err_t rmt_receive(rmt_channel_handle_t rx_channel,  void *buffer, size_t buffer_size, const rmt_receive_config_t *config);

该函数的形参描述，如下表所示：

形参	描述
rx_channel	创建的 RMT 通道句柄
buffer	用于存储接收到的 RMT 符号的缓冲区
buffer_size	缓冲区大小
config	接收特定配置

该函数的使用示例，如下所示：

#include "driver/gpio.h" void example_fun(void) 
{ // 声明用于存储接收到的 RMT 符号的缓冲区rmt_symbol_word_t raw_symbols[64]; // 配置接收任务特定配置rmt_receive_config_t receive_config; // 启动 RMT 接收通道的接收任务，并检查错误rmt_receive(rx_channel, raw_symbols, sizeof(raw_symbols), &receive_config); 
}

RMT TX驱动的发送

1️⃣安装 RMT 发送通道

该函数用于安装 RMT 接收通道，其函数原型如下所示：

esp_err_t rmt_new_tx_channel(const rmt_tx_channel_config_t *config,  rmt_channel_handle_t *ret_chan);

该函数的形参描述，如下表所示：

形参	描述
config	指向配置 RMT 发送通道的指针
ret_chan	返回的通用 RMT 通道句柄

该函数的使用示例，如下所示：

#include "driver/gpio.h" // 定义示例函数
void example_fun(void) 
{ // 声明 RMT 通道句柄rmt_channel_handle_t tx_chan = NULL; // 定义 RMT 发送通道配置rmt_tx_channel_config_t tx_chan_config = { .clk_src = RMT_CLK_SRC_DEFAULT,            // 使用默认时钟源.gpio_num = 0,                             // GPIO0 用于发送.mem_block_symbols = 64,                   // 内存块大小为 64.resolution_hz = 1 * 1000 * 1000,          // 分辨率为 1 MHz.trans_queue_depth = 4,                    // 传输队列深度为 4.flags.invert_out = false,                 // 输出不反转.flags.with_dma = false,                   // 不使用 DMA}; // 调用函数安装 RMT 发送通道，并检查返回错误ESP_ERROR_CHECK(rmt_new_tx_channel(&tx_chan_config, &tx_chan)); 
}

2️⃣使能 RMT 发送通道

该函数用于使能 RMT 发送通道，其函数原型如下所示：

esp_err_t rmt_enable(rmt_channel_handle_t channel);

该函数的形参描述，如下表所示：

形参	描述
channel	创建的 RMT 通用通道

#include "driver/gpio.h" // 定义示例函数
void example_fun(void) 
{ rmt_channel_handle_t tx_channel = NULL; // 声明 RMT 通道句柄rmt_enable(tx_channel); // 调用函数使能 RMT 发送通道
}

3️⃣通过 RMT 发送通道传输数据

该函数用于启动 RMT 接收通道的接收任务，其函数原型如下所示：

esp_err_t rmt_transmit(rmt_channel_handle_t channel, rmt_encoder_t *encoder, const void *payload, size_t payload_bytes, const rmt_transmit_config_t *config)

该函数的形参描述，如下表所示：

形参	描述
channel	创建的 RMT 通道
encoder	用户自己创建的编码器或者通过其它 API 构建的编码器
payload	要编码为 RMT 符号的原始数据
payload_bytes	“有效负载”的大小（以字节为单位）
config	发送特定配置

发送示例

#include "driver/gpio.h"
#include "driver/rmt.h"// 定义示例函数
void example_fun(void) 
{ // 1. 安装 RMT 发送通道// 声明 RMT 通道句柄rmt_channel_handle_t tx_chan = NULL; // 定义 RMT 发送通道配置rmt_tx_channel_config_t tx_chan_config = { .clk_src = RMT_CLK_SRC_DEFAULT,            // 使用默认时钟源.gpio_num = GPIO_NUM_0,                    // GPIO0 用于发送.mem_block_symbols = 64,                   // 内存块大小为 64.resolution_hz = 1 * 1000 * 1000,          // 分辨率为 1 MHz.trans_queue_depth = 4,                    // 传输队列深度为 4.flags.invert_out = false,                 // 输出不反转.flags.with_dma = false,                   // 不使用 DMA}; // 调用函数安装 RMT 发送通道，并检查返回错误ESP_ERROR_CHECK(rmt_new_tx_channel(&tx_chan_config, &tx_chan)); // 2. 使能 RMT 发送通道rmt_enable(tx_chan); // 调用函数使能 RMT 发送通道// 3. 通过 RMT 发送通道传输数据// 创建数据数组uint8_t data[4] = {0x12, 0x34, 0x56, 0x78};// 创建 RMT 编码器rmt_encoder_t encoder;ESP_ERROR_CHECK(rmt_translator_init(&encoder, sizeof(data), false)); // 数据长度为4字节，不进行反转// 创建 RMT 发送配置rmt_transmit_config_t transmit_config = {.carrier_freq_hz = 38000,   // 载波频率为38kHz.carrier_duty_percent = 50, // 载波占空比为50%.idle_level = RMT_IDLE_LEVEL_LOW, // 高电平空闲.carrier_level = RMT_CARRIER_LEVEL_HIGH, // 高电平为载波.loop_en = false, // 关闭循环发送.loop_count = 0,  // 循环次数为0};// 使用 RMT 发送通道传输数据ESP_ERROR_CHECK(rmt_transmit(tx_chan, &encoder, data, sizeof(data), &transmit_config));
}